"Plasma crystal" e i segreti dell'universo. L'esperimento "cristallo plasmatico" sull'ISS è stato tenuto con nuove attrezzature

24.09.2019

Storia del mito del personaggio dell'antica Grecia Dedal e Icar Leggi

Eroi dei miti antichi caratteri della mitologia greca

Lettura online del libro dei miti del classico antichità dell'ottavo

Accademico V. Forntov, direttore dell'Istituto di fisica termica degli stati estremi dell'Accademia delle scienze russe.

Nell'aprile 2005, Academician Vladimir Evgenievich Forntov ha ricevuto un prestigioso premio internazionale - la medaglia d'oro che prende il nome dopo Albert Einstein, assegnandogli a lui per un contributo eccezionale allo sviluppo della scienza fisica e della cooperazione scientifica internazionale. Gli interessi scientifici dell'Accademia Fortivo si trovano nel campo della fisica di sostanze estreme, incluso il plasma. Se non conti la materia oscura, il plasma è lo stato più comune della sostanza in natura: secondo le stime, in questo stato c'è circa il 95% della materia ordinaria nell'universo. Le stelle sono grappoli al plasma, gas ionizzato con temperature a tensanti e centinaia di milioni di gradi. Le proprietà del plasma costituiscono la base delle tecnologie moderne, il cui scopo è ampio. Il plasma emette luce nelle lampade elettriche, crea un'immagine a colori nei pannelli plasmatici. I reattori al plasma flussi plasmatici vengono utilizzati per la produzione di microcircuiti, metalli di indurimento e superfici di pulizia. Le impostazioni del plasma riciclano i rifiuti e producono energia. La fisica al plasma è un'area di scienza attivamente sviluppata, che fino ad oggi si svolgono incredibili scoperte, vengono osservati fenomeni insoliti, richiedendo la comprensione e la spiegazione. Uno dei fenomeni più interessanti scoperti in plasma a bassa temperatura è la formazione di un "cristallo plasmatico", cioè una struttura ordinata spaziale da particelle fini - polvere plasmatica.

Scienza e vita // Illustrazione

Cosmonauts S. Krikalev e Y. Gyzenko Installare l'attrezzatura "Plasma Crystal" per ISS (2001).

Cos'è un plasma di polvere?

La polvere del plasma è un gas ionizzato contenente polvere - particelle di un solido. Tale plasma si trova spesso nello spazio: in anelli planetari, cottage della cometa, interplanetaria e nuvole interstellare. È stato trovato vicino ai satelliti artificiali della Terra e nell'area di trim di impianti termonucleari con ritenzione magnetica, così come nei reattori del plasma, dell'arco, degli scarichi.

Nelle condizioni di laboratorio, l'Irving American Langmür Irving Langmür ha ricevuto un plasma di polvere per la prima volta negli anni '20 del secolo scorso. Tuttavia, lo studiava attivamente solo nell'ultimo decennio. L'aumento dell'interesse delle proprietà del plasma della polvere si allinea con lo sviluppo di tecnologie di spruzzatura al plasma e incisione in microelettronica, nonché la produzione di film sottili e nanoparticelle. La presenza di particelle solide che cadono nel plasma a causa della distruzione degli elettrodi e delle pareti della camera di scarico, non solo porta alla contaminazione della superficie dei chip dei semiconduttori, ma anche perturba il plasma, spesso imprevedibile. Per ridurre o prevenire questi fenomeni negativi, è necessario capire come vengono venuti in arrivo i processi di formazione e crescita delle particelle condensate nel plasma del gas-scarica del gas e poiché la polvere plasmatica influisce sulle proprietà di scarico.

Cristallo plasmatico

Le dimensioni delle particelle di polvere sono relativamente grandi - dalle azioni del micron a diverse decine, a volte centinaia di micron. La loro carica può avere un importo estremamente grande e superare la carica di elettroni in centinaia e persino centinaia di migliaia di volte. Di conseguenza, l'energia media di coulomb dell'interazione delle particelle, proporzionale alla piazza della carica, può essere molto superopato dalla loro energia termica media. Risulta il plasma, che si chiama sylnoneal, dal momento che il suo comportamento non è soggetto alle leggi del gas ideale. (Ricorda che il plasma può essere considerato come gas perfetto se l'energia dell'interazione delle particelle è molto inferiore alla loro energia termica).

I calcoli teorici delle proprietà di equilibrio del plasma di polvere mostrano che in determinate condizioni, la forte interazione elettrostatica "prende la parte superiore" sopra la bassa energia termica e fa sì che le particelle cariche si allineano nello spazio in un certo modo. Si forma una struttura aerodinamica, che ha ricevuto il nome del cristallo di Coulomb o Plasma. I cristalli plasmatici sono simili a strutture spaziali in un liquido o solido. Qui possono verificarsi transizioni di fase come fusione ed evaporazione.

Se le particelle plasmatiche della polvere sono abbastanza grandi, il cristallo del plasma può essere osservato con un occhio nudo. Nei primi esperimenti, la formazione di strutture cristalline è stata registrata nel sistema di particelle cariche di ferro e dimensioni di micron in alluminio detenute da variabili e campi elettrici statici. Nei lavori successivi, la cristallizzazione di Coulomb di particolato in un plasma debolmente incoraggiato di scarico ad alta frequenza a bassa pressione è stata eseguita. L'energia elettronica in tale plasma è un po 'elettronico (EV), e l'energia degli ioni è vicina all'energia termica degli atomi che hanno temperatura ambiente (~ 0,03 EV). Ciò è dovuto al fatto che gli elettroni sono più mobili e il loro flusso diretto alla particella di polvere neutro supera significativamente il flusso degli ioni. La particella "cattura gli elettroni" e inizia a caricare negativamente. Questo accumulo di carica negativa a sua volta provoca la repulsione di elettroni e attrazione degli ioni. L'accusa della particella cambia fino a quando i flussi di elettroni e ioni sulla sua superficie sono uguali. In esperimenti con uno scarico ad alta frequenza, la carica di particelle di polvere era negativa e piuttosto grande (circa 10 4 - 10 5 spese elettroniche). La nuvola di particelle di polvere caricata dipendeva vicino alla superficie dell'elettrodo inferiore, poiché c'era un equilibrio tra forze gravitazionali ed elettrostatiche. Con il diametro del cloud in diversi centimetri nella direzione verticale, il numero di strati di particelle era di diverse decine, e la distanza tra le particelle è diverse centinaia di micrometri.

Strutture ordinate in plasma termico ...

All'Istituto di fisica termica degli stati estremi dell'Accademia delle scienze russe (ITP RAS) dal 1991 sta studiando un plasma di polvere e creano una varietà di metodi per la sua diagnosi. La polvere del plasma di diversi tipi è studiata: plasma termico, plasma a scarico del gas di scarichi di scolfiere e ad alta frequenza, fotoemission e plasma entusiasta nucleare.

Il plasma termico formato nella fiamma del bruciatore a gas a pressione atmosferica ha una temperatura da 1700 a 2200 K, e la temperatura di elettroni, ioni e particelle neutre è uguale a esso. Nel flusso di tale plasma, è stato studiato il comportamento delle particelle di anidride del cerio (CEO 2). La peculiarità di questa sostanza è che gli elettroni sono abbastanza facili da volare dalla sua superficie - il funzionamento di un'uscita elettronica è solo circa 2,75 EV. Pertanto, le particelle di polvere sono caricate da flussi di elettroni e ioni plasmatici e dovuti a elettroni di emissione di emissione termoelettronica con una particella riscaldata, che crea una carica positiva.

Le strutture spaziali dei particolato sono state analizzate dalla radiazione laser che fornisce la funzione di correlazione g (r), il cui significato è il seguente. Se risolvi la posizione nello spazio di una delle particelle, la funzione mostra la probabilità di trovare qualsiasi altra particella a distanza r. da questo. E questo ci consente di concludere sulla disposizione spaziale delle particelle - caotiche o ordinate, caratteristiche di strutture liquide e cristalline.

Funzioni tipiche di correlazione g (r) Per i CEO 2 particelle nel getto di aerosol a temperatura ambiente e il plasma sono rappresentati su malati. 1. A temperatura al plasma elevata (2170 K) e una bassa concentrazione di macro-maschere (B), la funzione di correlazione ha una stessa forma quasi la stessa forma di un getto di un aerosol convenzionale a temperatura ambiente (A). Ciò significa che le particelle plasmatiche interagiscono debolmente e la formazione di strutture ordinate non si verificano. A una temperatura plasmatica minore (1700 k) e una maggiore concentrazione di particelle, la funzione di correlazione prende la caratteristica del modulo di un liquido: c'è un massimo pronunciato, che indica la presenza di un ordine basso nella posizione delle particelle (B) . In questo esperimento, la carica positiva delle particelle era di circa 1000 accuse elettronici. Un ordine relativamente debole della struttura può essere spiegato da un piccolo tempo dell'esistenza plasmatica (circa 20 millesimi di secondo), per la quale il processo di formazione di un cristallo plasmatico non ha il tempo di completare.

... e scarico fiammeggiante

In plasma termico, la temperatura di tutte le particelle è la stessa, e nel plasma della scarica del gas incandescente, la situazione è diversa - la temperatura elettronica è molto più ione. Questo crea prerequisiti per il verificarsi di strutture ordinate di plasma polvere - cristalli plasmatici.

Nello scarico del gas incandescente in determinate condizioni ci sono stagnanti in piedi - zone fisse di luminosità irregolari, alternamente alternamente alternamente con intervalli scuri. La concentrazione di elettroni e il campo elettrico sono fortemente disomogenei lungo la lunghezza degli strati. Pertanto, nella testa di ciascuna strappatura, si forma una trappola elettrostatica, che, con una posizione verticale del tubo di scarico, può contenere particelle fini nell'area del post positivo di scarica.

Il processo di formazione della struttura è il seguente: Le particelle micron versate dal contenitore nello scarico sono caricate in plasma e sono integrate nella struttura che persiste da quanto tempo con i parametri invariati della scarica. Il raggio laser evidenzia particelle in un piano orizzontale o verticale (ill. 2). La formazione della struttura spaziale risolve la videocamera. Le particelle separate possono essere viste con l'occhio nudo. Nell'esperimento, sono state utilizzate particelle di diversi tipi - microsfere vuote da particelle di vetro borosilicato e melamimaldeide con un diametro da uno a cento micrometri.

Nel centro dello Strati, una nuvola di polvere è formata con un diametro fino a diverse decine di millimetri. Le particelle si trovano in strati orizzontali, formando strutture esagonali (ill. 3a). Le distanze tra gli strati sono da 250 a 400 μm, la distanza tra le particelle nel piano orizzontale è da 350 a 600 μm. Funzione di distribuzione delle particelle g (r) Ha diverse massime pronunciate, che confermano l'esistenza di un ordine a lungo raggio nella posizione delle particelle e indica la formazione di una struttura cristallina, sebbene i cristalli di polvere plasmatici siano chiaramente visibili e occhio nudi.

Modificando i parametri dello scarico, è possibile influenzare la forma della nuvola di particelle e anche osservare la transizione dallo stato cristallino nel liquido ("fusione" del cristallo) e quindi al gas. Usando particelle non sferiche - cilindri in nylon con una lunghezza di 200-300 μm, è stato anche possibile ottenere una struttura simile a un cristallo liquido (ill. 4).

Polvere di polvere nello spazio

A terra, la forza della gravità è impedita sulla terra per studiare ulteriori cristalli plasmatici. Pertanto, è stato deciso di iniziare gli esperimenti nello spazio, in condizioni di microcravità.

Il primo esperimento ha condotto gli astronauti A. Ya. Solovyov e P. V. Vinogradov al complesso orbitale russo "Mir" nel gennaio 1998. Dovevano studiare la formazione di strutture plasmatiche ordinate in materia di peperità sotto l'azione della luce del sole.

Nelle fiale di vetro riempito con neon, particelle sferiche di bronzo con rivestimento cesio a pressioni di 0,01 e 40 torr sono state trovate. L'ampolla è stata installata vicino all'oblò, scossa e registrata con un movimento di videocamera di particelle evidenziate da un laser. Le osservazioni hanno dimostrato che le particelle inizialmente si spostavano caotiche, e quindi appare un movimento direzionale, che è associato alla diffusione plasmatica sulle pareti della fiala.

È stato trovato un altro fatto interessante: dopo alcuni secondi, dopo aver agitato l'ampolla, le particelle cominciarono ad attaccare insieme, formando agglomerati. Sotto l'azione della luce del sole, gli agglomerati sono decaduti. L'agglomerazione può essere associata al fatto che i momenti iniziali di illuminazione delle particelle acquisire oneri multidimensionali: positivi - a causa dell'emissione di fotoelettroni, negativi - addebitati dai flussi di elettroni plasmatici emessi da altre particelle - e particelle varietà. insieme l'uno con l'altro.

Analizzando il comportamento dei particolato, è possibile stimare la quantità della loro carica (circa 1000 accuse elettronici). Nella maggior parte dei casi, le particelle costituivano solo una struttura liquida, anche se a volte si sono verificati i cristalli.

All'inizio del 1998, è stato deciso di svolgere un esperimento congiunto russo-tedesco "crystal plasma" a bordo del segmento russo della stazione spaziale internazionale (PC MKC). La formulazione e la preparazione dell'esperimento sono state condotte dagli scienziati dell'Istituto di fisica termica degli Stati estremi dell'Accademia delle scienze dell'Accademia russa con la partecipazione dell'Istituto di fisica extraterrestre di Max Planck (Germania) e Energy Rocket e Space Corporation.

L'elemento principale dell'attrezzatura è una camera plasmatica sottovuoto (ill. 5), composta da due piatti quadrati in acciaio e inserti in vetro di una sezione quadrata. Su ciascuna delle piastre, gli elettrodi del disco sono montati per creare una scarica ad alta frequenza. Gli elettrodi sono integrati nell'iniezione di particelle di polvere nel plasma. Tutto il sistema ottico, incluse due camere digitali e due laser a semiconduttore per illuminare il cloud particella, è installato su una piastra mobile, che può essere spostata scannendo una struttura plasmatica.

Due set di attrezzature sono stati sviluppati e realizzati: tecnologica (è anche formazione) e volo. Nel febbraio 2001, dopo il test e la formazione pre-volo su Baikonur, il kit di volo è stato consegnato al modulo di servizio del segmento russo dell'ISS.

Il primo esperimento con particelle di melammina formaldeide è stata eseguita nel 2001. Le aspettative degli scienziati sono state giustificate: per la prima volta la formazione di particelle di dimensioni micron molto misurate ordinate tridimensionali con un grande parametro di nonDealità - sono stati trovati cristalli al plasma tridimensionali con reticoli a centratura a gole e a centrali a volume (Ille 7 ).

La possibilità di ricevere e indagare su formazioni plasmatiche di varie configurazioni e aumenti delle estensioni aumentano, se si utilizza una scarica di induzione ad alta frequenza. Nell'area tra il plasma omogeneo e il suo muro limitato o il gas neutro circostante, è possibile aspettarsi levitazione (congela) di entrambe le singole macali caricati e dei loro ensemble. Nelle provette in vetro cilindrico, dove lo scarico è entusiasta da un elettrodo ad anello, un gran numero di particelle appendono sulla formazione del plasma. A seconda della pressione e della potenza, sorgono strutture cristalline stabili o struttura con particelle oscillanti o flussi di particelle convettive. Quando si utilizza un elettrodo piatto, le particelle si bloccano sul pallone al neon riempito in basso e formano una struttura ordinata - un cristallo plasmatico. Finora, tali esperimenti sono condotti nei laboratori sulla Terra e nelle condizioni del volo parabolico, ma in futuro è previsto per stabilire questa apparecchiatura da installare sulla ISS.

Le proprietà uniche dei cristalli plasmatici (semplicità di ottenimento, osservazione e controllo dei parametri, nonché i piccoli tempi di rilassamento per l'equilibrio e la risposta a perturbazioni esterne) rendono loro un oggetto eccellente nello studio sia delle proprietà del plasma fortemente imperfal e delle proprietà fondamentali di cristalli. I risultati possono essere utilizzati per simulare i veri cristalli atomici o molecolari e studiare i processi fisici con la loro partecipazione.

Le strutture della macroostica nel plasma sono un buon strumento e per problemi applicati associati alla microelettronica, in particolare con la rimozione di particelle di polvere indesiderate nella produzione di chip, con il design e la sintesi di un piccolo cristallo - nanocllastal, nanocluster, con Deposizione plasmatica, con separazione delle particelle di dimensioni, sviluppando nuove sorgenti luminose altamente efficienti, la creazione di batterie nucleari elettriche e laser, il fluido di lavoro in cui sono le parti della sostanza radioattiva.

Infine, è piuttosto realistico creare tecnologie che consentiranno la deposizione controllata delle particelle ponderate nel plasma al substrato e quindi creare rivestimenti con proprietà speciali, tra cui poroso e composito, così come le particelle di forma con un rivestimento multistrato di Materiali con varie proprietà.

I compiti interessanti sorgono in microbiologia, medicina, ecologia. L'elenco del possibile uso del plasma di polvere è in continua espansione.

Firme per illustrazioni

Malato. 1. La funzione di correlazione G (R) mostra come è probabile trovare un'altra particella a una distanza di R da questo. Per i CEO 2 particelle nel getto d'aria a temperatura ambiente 300 K (A) e in plasma ad una temperatura di 2170 K (B), la funzione indica una distribuzione caotica delle particelle. Nel plasma ad una temperatura di 1700 k (b), la funzione ha un massimo, cioè una struttura sorge simile al liquido.

Malato. 2. L'installazione per lo studio plasmatico polvere nello scarico della scarica DC è un tubo orientato verticalmente pieno di neon a bassa pressione in cui viene creato uno scarico luminoso. In determinate condizioni, ci sono stagnanti in piedi - zone fisse di luminosità irregolare. Le particelle di polvere sono contenute in un contenitore con un fondo a maglia sopra l'area di scarico. Quando scuotono il contenitore delle particelle, le particelle cadono e appendono nelle strati, formando strutture ordinate. Affinché la polvere sia visibile, è evidenziata da un raggio laser piatto. La luce sparsa è registrata dalla videocamera. Sullo schermo del monitor, l'immagine video delle strutture plasmatiche-polvere, ottenuta con le particelle di polvere di illuminazione con un raggio laser in una regione di spettro verde.

Malato. 3. Nella scarica luminosa, sorge una struttura di polvere ordinata (a), che corrisponde alla funzione di correlazione G (R) con diverse caratteristiche di massima pronunciata del cristallo (B).

Malato. 4. Le particelle di polvere allungate (con forma di cilindro) sono costruite in parallelo ad alcuni asse comuni. Questa condizione è chiamata cristallo liquido plasmatico per analogia con cristalli liquidi molecolari, dove c'è una direzione selezionata nell'orientamento delle lunghe molecole.

Malato. 5. Camera plasmatica sottovuoto per lo studio del plasma della polvere nella stazione spaziale internazionale (ISS).

Malato. 6. Un'installazione speciale per lo studio dei cristalli plasmatici nello scarico ad alta frequenza di bassa pressione è stato progettato presso l'Istituto di termofisica degli stati estremi dell'Accademia delle scienze russe. La struttura cristallina è chiaramente visibile quando le particelle di polvere sono illuminate con raggi laser in aree spettrum verdi e rosse.

Malato. 7. Le strutture di particelle di polvere nei tre strati orizzontali di educazione al plasma-brevetto: con un bagno di volume-centrino con reticolo (in alto), un reticolo nonnziale (al centro) e con imballaggio denso esagonale (in basso).

Sakharov ta. (R.P.N N-Kryviy, Mkou Nizhnekislyyaskaya Sosh. Polyakova)

1. Artsimovich La. "Fisica elementare del plasma".

2. http://www.nkj.ru/archive/articles/1318/ (scienza e vita, cristalli nel plasma della polvere).

3. Robert L. Merlino. Indagini sperimentali di PLASMAS polverosi (inglese) (PDF). Dipartimento di fisica e astronomia, Università di Iowa (17 giugno 2005). - Revisione storica della ricerca polverosa del plasma. Controllato il 18 luglio 2009. Archiviato dal 2 del 2 aprile 2012 originale.

4. Fortivov v.e., A.G. Samater, s.a. Sailored, v.i. Molotkov, o.f. Petrov. PLASMA PULSANTE (RUS.) // UFN. - 2004. - T. 174. - P. 495-544.

5. Tsytovich V.n. Cristalli di polvere di plasma, gocce e nuvole (Rus.) // UFN. - 1997. - T. 167. - P. 57-99.

6. Dusty Plasma // enciclopedia plasmatica a bassa temperatura. - m.: Janus-k, 2006. - T. 1.

7. Fortivov v.e. Cristalli e liquidi del plasma-polvere sulla terra e nello spazio (RUS) // Bollettino dell'Accademia delle Scienze russe. - 2005. - T. 75, n. 11. - P. 1012-1027.

8. KLAMMOV B.A. Sui criteri per il plasma complesso di fusione (Rus.) // UFN. - 2010. - T. 180. - P. 1095-1108.

9. Video da YouTube "Studiare i cristalli di campo nello spazio".

Il plasma è lo stato più comune della sostanza in natura: stimato che in questo stato c'è circa il 95% della materia ordinaria nell'universo. Le stelle sono grappoli al plasma, gas ionizzato con temperature a tensanti e centinaia di milioni di gradi. Le proprietà del plasma costituiscono la base delle tecnologie moderne, il cui scopo è ampio.

Ho fatto questo lavoro di ricerca, perché ero interessato al quarto stato della sostanza - Plasma nel mondo moderno. Il fenomeno scoperto di recente nel plasma a bassa temperatura è stato affascinato - la formazione di un "cristallo plasmatico", cioè una struttura ordinata spaziale da particelle fini - polvere plasmatica.

scopo La mia ricerca: ottenere un plasma a bassa temperatura per esperimento, conoscenza con cristalli di campo al plasma.

Compiti di ricerca:

1. Espandi la conoscenza del "plasma".

2. Ottieni il plasma a bassa temperatura a casa.

3. Scopri lo scopo del plasma.

4. Analizzare le informazioni ricevute da varie fonti e dati sperimentali.

La rilevanza di questo lavoro è che recentemente la fisica al plasma è un'area di scienza attivamente sviluppata, che fino ad oggi si svolgono incredibili scoperte, vengono osservati fenomeni insoliti, richiedendo la comprensione e le spiegazioni. La scoperta in quest'area migliorerà la qualità della vita umana: organizzare il riciclaggio dei rifiuti; produzione di energia alternativa; produzione di microcircuit; un aumento della forza dei metalli; invenzione di nuovi motori al plasma; sconfiggere i microbi dannosi; Migliorare la qualità delle immagini a colori nei pannelli plasmatici; Spiega l'evoluzione dell'universo, ecc.

Lavorare con fonti di informazione

Storia di apertura al plasma

Il quarto stato di materia è stato aperto da W. Crox (figura 1) nel 1879 e chiamato "Plasma" I. Langmur (figura 2) nel 1928, a causa delle associazioni con il quarto stato della sostanza (plasma) con plasma sanguigno .

Fico. 1. W. Krovonz.

Fico. 2. I. Lengmür.

I. Langmür ha scritto: "Escludendo lo spazio vicino agli elettrodi, in cui viene trovata una piccola quantità di elettroni, il gas ionizzato contiene elettroni e ioni in quasi gli stessi importi, come risultato della quale la carica totale del sistema è molto piccola. Usiamo il termine "plasma" per descrivere questa interamente un'area elettrica neutrale composta da ioni ed elettroni. " .

Il concetto di plasma

Plasma - gas parzialmente o completamente ionizzato formato da atomi neutri (o molecole) e particelle caricate (ioni ed elettroni). La caratteristica più importante del plasma è la sua quasi neutralità, il che significa che le densità sfuse di particelle cariche positive e negative, di cui è formata, sono quasi le stesse.

Il gas passa nello stato del plasma, se alcuni dei componenti dei suoi atomi (molecole) hanno perso uno o più elettroni per qualsiasi motivo, cioè. trasformato in ioni positivi. In alcuni casi, gli ioni negativi possono sorgere nel plasma a causa del "attacco" degli elettroni agli atomi neutri.

Se le particelle neutre rimangono nel gas, il plasma è chiamato completamente ionizzato. La plasma obbedisce le leggi del gas e per molti aspetti si comportano come gas. Allo stesso tempo, il comportamento del plasma in alcuni casi, specialmente se esposto a campi elettrici e magnetici su di esso, si scopre così insolito che spesso parla del nuovo quarto stato della sostanza (figura 3).

Fico. 3. Quarto stato di materia

Cos'è un plasma di polvere?

La polvere del plasma è un gas ionizzato contenente polvere - particelle di un solido. Tale plasma si trova spesso nello spazio: in anelli planetari, code di cometi, nuvole interplanetarie e interstalar (figura 4). È stato trovato vicino ai satelliti artificiali della Terra e nell'area di trim di impianti termonucleari con ritenzione magnetica, così come nei reattori del plasma, dell'arco, degli scarichi.

Fico. 4. Cometa della coda al plasma

Fico. 5. Spruzzatura al plasma

Fig.6. Incisione platino in idrogeno

Fico. 7. Pellicola sottile semiconduttore

Fig.8. Nanoparticelle

Cristallo plasmatico

Le dimensioni delle particelle di polvere sono relativamente grandi - dalle azioni del micron a diverse decine, a volte centinaia di micron (figura 9). La loro carica può avere un importo estremamente grande e superare la carica di elettroni in centinaia e persino centinaia di migliaia di volte. Di conseguenza, l'energia media di coulomb dell'interazione di particelle, proporzionale alla piazza della carica, può essere molto superba nell'energia di calore medio (Fig. 10). Risulta il plasma, che è chiamato molto imperfetto, dal momento che il suo comportamento non è soggetto alle leggi del gas ideale. (Ricorda che il plasma può essere considerato come gas perfetto se l'energia dell'interazione delle particelle è molto inferiore alla loro energia termica).

Fico. 9. Cristallo al plasma

Fico. 10. Coulomb Probre.

I calcoli teorici delle proprietà di equilibrio del plasma di polvere mostrano che in determinate condizioni, la forte interazione elettrostatica "prende la parte superiore" sopra la bassa energia termica e fa sì che le particelle cariche si allineano nello spazio in un certo modo. Si forma una struttura aerodinamica, che ha ricevuto il nome del cristallo di Coulomb o Plasma. I cristalli plasmatici sono simili a strutture spaziali in un liquido o solido (figura 11). Qui possono verificarsi transizioni di fase come fusione ed evaporazione.

Fico. 11. Cristallo al plasma

Se le particelle plasmatiche della polvere sono abbastanza grandi, il cristallo del plasma può essere osservato con un occhio nudo.

Ottenere il plasma a bassa temperatura a casa

Dopo alcuni studi, proprietà e caratteristiche del plasma, sono stato in grado di acquisire esperienza a casa plasma a bassa temperatura (il video "Plasma ottenendo"). Per fare ciò, ho bisogno delle seguenti attrezzature: forno a microonde, acque resistenti alla vento, vaso di vetro.

Fico. 12. Stadio preparatorio

Esperienza:

1. Dall'inizio, ho tirato fuori un piatto di vetro dal forno a microonde, su cui i prodotti vengono ruotati quando riscaldati. Preparato una partita (figura 12).

2. Quindi, al centro di microonde, ho messo una partita e le accese.

3. Dopodiché, ho coperto la partita con un barattolo di vetro, quindi chiuso il forno a microonde, accese impostando la funzione di riscaldamento del prodotto (Fig. 13).

4. Dopo una certa quantità di tempo, può essere visto come un plasma si forma in un barattolo di vetro con una partita di masterizzazione (figura 14).

Fico. 13. Abbinamenti sotto un barattolo di vetro nel forno a microonde

Fico. 14. Plasma a bassa temperatura

Grazie a questa semplice esperienza, si può vedere come il gas è ionizzato sotto l'azione della temperatura e quindi ottenendo il plasma parzialmente ionizzato. Se sono riuscito a ottenere semplicemente un plasma a bassa temperatura, può essere ottenuto alle imprese, mentre il costo di ottenerlo è minimo.

CONCLUSIONI.

Sono riuscito a ottenere un plasma a bassa temperatura a casa. Ho ampliato le mie conoscenze su questo problema, ha imparato un sacco di nuovi e interessanti. Ero molto interessato a questo argomento e sono sicuro che quando sceglierò una professione, questo lavoro di ricerca lascerà il tuo marchio.

Il plasma "caotico" è il quinto stato della sostanza. Il plasma cristallino è lo stato del plasma "organizzato", dove non è necessario tenere il campo magnetico. Le proprietà del plasma costituiscono la base delle tecnologie moderne, il cui scopo è ampio.

Credo che il plasma sia un simbolo del futuro, l'industria più importante, senza la quale l'ulteriore sviluppo della civiltà è impensabile. Plasma, a mio parere, una fonte alternativa di energia e dottore di ecologia.

Riferimento bibliografico

Skoblikov A.A. Ottenere il plasma a bassa temperatura, la conoscenza dei cristalli del campo del plasma // iniziare nella scienza. - 2016. - № 2. - P. 133-136;
URL: http://science-start.ru/ru/article/view?id\u003d51 (data di gestione: 28/03/2019).

L'esperimento leggendario, iniziato sulla "pace" orbitale sovietico "Peace", ha continuato sulla ISS con nuove attrezzature. Un dispositivo unico che è stato recentemente preso a bordo della stazione spaziale è un dispositivo di un ulteriore regolatore del flusso di gas. Darà l'opportunità di ricevere risultati più accurati durante l'esperimento sullo studio del plasma e aumenterà la sua purezza. Dati su ciò che è un plasma polveroso riceverà informazioni precedentemente sconosciute sull'universo, creare batterie e laser di energia compatta, sviluppano nuove tecnologie in crescita diamante e servono come base per lo sviluppo della medicina plasmatica.

Qualsiasi sostanza può essere in quattro stati di fase - solido, liquido, gassoso e plasma. Il plasma è più del 99% della massa visibile dell'universo, a partire da stelle e termina con gas interstellare. Il plasma contenente le particelle di polvere è molto comune nello spazio: questi sono anelli planetari, code di comete, nuvole interstellare.

Lo studio del plasma con microparticelle con una dimensione di diversi micron (particelle di polvere) e monitorando il suo comportamento nelle condizioni di microgravità, in cui si verifica una compensazione quasi completa del peso delle microparticelle, ci sono già più di due decenni. Torna nel gennaio 1998, i cosmonauti di Anatoly Soloviv e Pavel Vinogradov sono stati effettuati nell'installazione di "Plasma Crystal-1" (PC-1), il primo esperimento per studiare la fisica delle strutture plasmatiche, compresi i cristalli al plasma e i liquidi . Nel mese di agosto dello stesso anno, la ricerca sulle apparecchiature PC-2, costituita da un tubo di scarica gas e un dispositivo per la registrazione video, ha iniziato a condurre ricerche sulle apparecchiature PC-2. Nel marzo 2001, Sergey Krikalev e Yuri Gyzenko hanno condotto la prima sessione dell'esperimento sull'ISS all'installazione del PC-3, creato congiuntamente da specialisti russi e tedeschi. I primi esperimenti nella nuova installazione "Plasma Crystal-4", creati congiuntamente dagli scienziati dell'istituto congiunto ad alta temperatura (RAS e l'Agenzia spaziale tedesca (DLR), è iniziato a giugno 2015. Nel processo di ricerca, è stata rivelata la necessità di migliorare questa installazione. A luglio di quest'anno, è stata erogata ulteriori attrezzature all'ISS per migliorare la qualità dell'esperimento "Plasma Crystal-4".

Lo scopo degli scienziati è quello di ottenere e studiare i cristalli plasmatici-polvere e altre strutture ordinate nel plasma. In particolare, ci consente di studiare le leggi dei processi che si verificano in protozoles, anelli protopetnari e altri corpi celesti. Nel corso degli esperimenti, vengono inserite particelle microscopiche di una certa dimensione (un diametro di diversi micrometri) in al neon o al plasma argon nel tubo di scarico del gas. Quando le microparticelle cadono nel plasma, raccolgono elettroni e ioni positivi, con conseguente commissione negativa a causa della maggiore mobilità di elettroni. Le microparticelle sono respinte l'una dall'altra e formano varie strutture tridimensionali. Tale ricerca non può essere eseguita sulla Terra, poiché le particelle di polvere sono soggette a gravità e possono formare strutture bidimensionali o tridimensionali fortemente deformate (compresse).

Nonostante il fatto che per la ventesimo storia dello studio del plasma della polvere ha dato molti nuovi dati interessanti, non è stato ancora impossibile creare un modello matematico completo del comportamento delle particelle auto-organizzanti. Le nuove attrezzature sviluppate dagli scienziati dell'Aii Ras e DLR consentiranno a esperimenti puri riducendo il flusso di gas, il che forma un plasma a dozzine di volte. Ora puoi espandere la gamma di pressione del gas e ricevere nuove conoscenze sui processi nel plasma della polvere.

Quando le microparticelle sono in plasma, hanno un numero di forze. Uno dei principali - elettrici, che colpisce una particella nel campo di scarico. Il secondo è il potere degli hobby ionici. Il terzo è l'attrito sul gas: se il corpo entra nell'atmosfera, quindi perde la velocità con precisione per questo, "ha detto il ricercatore senior, ricercatore senior, Ovt Ran, Andrei Lipaev. - Di conseguenza, quando organizziamo una modalità di protocollo, si verifica una sorta di vento, che porta particelle. Il dispositivo utilizzato inizialmente per sovrapposizione del flusso durante il funzionamento nelle complesse condizioni dell'esperimento cosmico cominciarono a dare una significativa perdita di gas, e le particelle hanno semplicemente effettuato il flusso.

Per risolvere questo problema, gli specialisti dell'SBR RAS e DLR hanno sviluppato un dispositivo aggiuntivo che consente di controllare completamente il flusso di gas utilizzando un regolatore di pressione esterno e due valvole aggiuntive. Quindi è possibile ottenere una posizione stabile di particelle. Di conseguenza, gli scienziati hanno l'opportunità di controllare pienamente le condizioni sperimentali.

Possiamo dire che finora non potevamo semplicemente ottenere il controllo necessario sul flusso di gas e, quindi, risultati di alta qualità. In precedenza, lavorare con particelle inferiore a 3 micron era semplicemente impossibile. Nel frattempo, le particelle di circa 1 micron sono interessanti dal punto di vista dello studio di tali processi, come la formazione di strutture, ha detto Andrei Lipaev.

Le nuove attrezzature sono già state installate su ISS, dal lato l'immagine viene trasmessa al centro di gestione dei voli. I dipendenti della ASTF RAS ricevono telemetry e video dell'esperimento, anche i canali sonori di comunicazione con il consiglio di amministrazione della ISS - è possibile ascoltare come si svolge i negoziati. Un nuovo esperimento multi-day con apparecchiature aggiuntive per lo studio delle particelle di polvere nel plasma è stata recentemente completata e le aspettative giustificate. Ora gli scienziati condurranno un'analisi dettagliata dei suoi risultati.

Secondo l'Izvestia, il direttore del Ovt Ras, Oleg Petrov, ottenuto durante l'esperimento, i dati contribuiranno a capire l'essenza dei processi di auto-organizzazione.

Il sistema in studio è un sistema dissipativo aperto: c'è un afflusso costante di energia e il suo deflusso permanente. Tali sistemi sono caratteristici di tutti gli organismi viventi. Cosa succede a questo sistema, che tipo di fenomeni auto-organizzanti in esso? Tutto questo può e dovrebbe essere esplorato ", ha detto Oleg Petrov.

I dati su ciò che è un plasma polveroso può portare maggiori vantaggi pratici: consentiranno, in particolare, di creare nuove batterie e laser di energia compatte e sviluppare tecnologie in crescita diamantata in condizioni di microcravità. Inoltre, i dati della ISS sono importanti per lo sviluppo della medicina al plasma, l'essenza del quale è che il plasma a bassa temperatura può avviare, stimolare e monitorare i complessi processi biochimici nei sistemi viventi.

L'esperimento PK-4 è condotto con il supporto di Roskosmos e l'Agenzia spaziale europea.

A novembre, è stato annunciato la cessazione sull'esperimento ISS "Plasma Crystal". Le attrezzature speciali per l'esperimento sono state collocate nella nave da carico "Albert Einstein" e bruciate con lui sopra l'Oceano Pacifico. Quindi la lunga storia finì, probabilmente l'esperimento spaziale più famoso. Voglio raccontare di lui e un po 'della scienza sulla ISS nel suo complesso.

E dov'è le scoperte?

Prima di tutto, devi fare una voce un po 'demotizzante. La scienza moderna non è un gioco per computer in cui, in linea di principio, non ci sono ricerche inutili, e ogni scoperta dà un bonus notevole. E, Ahimè, i tempi sono passati quando il singolo genio di tipo singolo potrebbe trovare un sacco di dispositivi cambiando radicalmente la vita. Ora la scienza è un movimento metodico ciecamente su tutti i percorsi disponibili, che viene effettuata da grandi organizzazioni, dura per anni e può portare a zero risultati. Pertanto, le informazioni sulla ricerca sull'ISS, che viene pubblicata regolarmente, senza adattarsi a una vista scientifica e popolare, per essere onesti, molto noiosi. Allo stesso tempo, alcuni di questi esperimenti sono davvero interessanti, e, se non promettono risultati favolosi istantanei, danno speranza per migliorare la comprensione di come è organizzato il mondo, e dove ci muoviamo per nuove scoperte fondamentali e applicate.

L'idea di esperimento

È noto che la sostanza può essere in quattro stati fase - solido, liquido, gassoso e plasma. Il plasma è del 99,9% della massa dell'universo, che va dalle stelle e che termina con gas interstellare. Sulla terra del plasma è fulmine, settentrire settentrionali e, ad esempio, lampade a scarica gas. Anche il plasma contenente particelle di polvere è molto comune - questi sono anelli planetari, code a combustibili, nuvole interstellari. E l'idea dell'esperimento consisteva nell'arrificialmente creando un plasma con microparticelle di polvere e osservazione del suo comportamento nelle condizioni di gravità terrestre e microgavita.

Nella prima versione dell'esperimento (nella foto), l'ampolle con il plasma di polvere è stato evidenziato dai raggi del sole, la polvere nel plasma ha evidenziato il laser, e l'area evidenziata è stata girata sulla fotocamera. In futuro sono state applicate installazioni sperimentali più complesse. "Black Barrel" bruciato insieme ad Albert Einstein è stata un'installazione della terza generazione.

risultati

Gli esperimenti in micrografie ha giustificato le speranze degli scienziati - la polvere del plasma nella sua struttura è diventata cristallina o esibiva le proprietà dei liquidi. In contrasto con il gas ideale, in cui le molecole si stanno muovendo caotiche (vedi movimento termico), il plasma polveroso, essendo gas, mostra le proprietà dei corpi solidi e liquidi - sono possibili processi di fusione e evaporazione.
Allo stesso tempo, c'erano scoperte inaspettate. Ad esempio, la cavità potrebbe verificarsi nel cristallo. Perché - è ancora sconosciuto.

Ma la scoperta più inaspettata era che la polvere del plasma è stata formata in alcune condizioni di strutture a spirale, simile al DNA! Forse anche l'origine della vita sulla terra è in qualche modo a causa del plasma di polvere.

Prospettive

I risultati di studi perenni sull'esperimento "Plasma Crystal" mostrano un'opportunità fondamentale:

Formando nel plasma di polvere dei nanomateriali con proprietà uniche.

La deposizione di materiali dal plasma antipolvere sul substrato e ottenere nuovi tipi di rivestimenti - multistrato, poroso, composito.

Purificazione dell'aria dalle emissioni di emissioni industriali e dalle radiazioni e chip di incisione al plasma.

Sterilizzazione al plasma di oggetti non viventi e ferite aperte sugli esseri viventi.

Descrive condotto nel periodo 2001-2014. Con la partecipazione di scienziati russi e tedeschi e astronauti, lo studio dei cristalli del plasma presso la stazione spaziale internazionale. Durante gli esperimenti, un certo numero di nuovi effetti e fenomeni non sono stati trovati non osservati nelle condizioni della gravità terrena ed espandere le nostre idee sulla struttura e sulla dinamica della materia.
Per specialisti in fisica del plasma di polvere, nonché tutti coloro che sono interessati alle questioni di produzione di un moderno esperimento spaziale, organizzazione e pratica della ricerca spaziale.

PUNTO DI PARTENZA.
Ricerca scientifica nello spazio: l'impresa è un multistadio. Dal piano di completare l'incarnazione, il progetto può durare per più di vent'anni. Ciò significa che i ricercatori devono essere sufficientemente giovani o che potrebbero dover trasmettere le loro conoscenze e competenze e presentare i loro doveri sull'esperimento ai colleghi più giovani.

Gli studi spaziali sono diversi - Potrebbero esserci degli studi dallo spazio (ad esempio, il telerilevamento della Terra o dell'astronomia), lo studio del cosmo stesso (ad esempio lo studio dello spazio quasi terrestre, del tempo dello spazio, dello studio del interplanetario Ambiente, oltre a pianeti individuali, pianeti lunari, asteroidi e comete) Studi utilizzando caratteristiche specifiche di spazio (ad esempio, assenza di peso, parlando più precisamente, microgavita e distanze enormi). Alcuni studi sono più comodi da produrre su veicoli spaziali senza equipaggio utilizzando mitragliatrici e robotici, e altri richiedono esperimenti prodotti da persone, come quelle prodotte nei laboratori scientifici terreni.

SODDISFARE
Dagli autori
1. Punto di riferimento
2. "cristallo al plasma"
3. È necessario esperimento spaziale.
4. Cristallizzazione della cooperazione russa-tedesca
5. Germania: esperimento in volo parabolico
6. Germania: esperimento di razzi
7. RUSSIA: primo esperimento "cristallo plasma" nello spazio
8. Come nata la stazione spaziale internazionale
9. Piano russo-tedesco
10. Addio al "mondo"
11. Creazione di un'installazione sperimentale
12. Splash "Baikonur"
13. Esperimento "PC-3"
14. Centro preparazione Cosmonaut
15. Korolev - Città dello spazio
16. Esperimento "PC-3 +"
17. "Cristallo plasmatico" nella costellazione degli astronauti
18. I nostri incontri sulla Terra
19. Risultati della ricerca
20. Il futuro è già vicino
21. Parola finale
Bibliografia.

Scarica gratis E-book in un formato conveniente, vedere e leggere:
Scarica il libro Plasma Crystal, Space Experiments, Fordov V.e., Baturin Yu.m., Morphive G.O., Petrov O.F., 2015 - Fileskachat.com, download veloce e gratuito.

Gravità, da sfere di cristallo a talpe né, Petrov A.n., 2013
Supporto per lezioni al tasso di tecnologie laser, introduzione alle tecnologie laser, Veiko V.P., Petrov A.A., 2009